1. Pendahuluan
Konsep dasar yang selama ini dikenal untuk tanah yaitu tanah terdiri dari 3 (tiga) fase yang meliputi fase padat (solid), fase cair (liquid) dan fase gas. Konsep tersebut juga berlaku untuk tanah gambut tidak berserat (amorphous granular peat) dan tanah gambut berserat (fibrous peat). Hanya saja fase padat pada tanah gambut berserat tidak selalu merupakan bagian yang padat karena serat-seratnya pada umumnya berisi air dan atau gas. Oleh sebab itu sifat fisik tanah gambut berserat sangat berbeda dengan tanah lempung.
Parameter tanah yang penting dalam menentukan sifat phisik tanah gambut dan tanah lempung adalah kadar air (wc), berat volume (γ), angka pori (e) dan spesific gravity (Gs). Sedang parameter phisik tanah gambut
Catatan : Usulan makalah dikirimkan pada Maret 2003 dan dinilai oleh peer reviewer pada tanggal 7 April 2003 – 14 April 2003. Revisi penulisan dilakukan antara tanggal 13 Mei 2003 hingga 3 Juni 2003.
1) Departemen Teknik Sipil, Universitas Lambung Mangkurat
2) Departemen Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya yang penting untuk ditentukan tetapi tidak penting untuk tanah lempung adalah kadar abu (ash content), kadar organik (organic content), kadar serat (fiber content), distribusi ukuran serat, tingkat keasaman (acidity), tingkat penyerapan (absorbency). Sebaliknya batas-batas Atterberg (LL, PL, dan SL) yang merupakan parameter sangat penting untuk tanah lempung adalah tidak diperlukan untuk tanah gambut (Adam, 1965).
Selain sifat phisik tanah, sifat teknis tanah juga sangat penting bagi ahli Teknik Sipil. Salah satu parameter dari sifat teknis tanah yang penting untuk penentuan daya dukung pondasi-dalam adalah Ko; Ko adalah koefisien tekanan tanah kesamping/lateral dalam kondisi tidak ada deformasi lateral atau pada kondisi keseimbangan elastis tanpa adanya pergerakan massa tanah kearah horisontal. Seperti telah diketahui bahwa harga koefisien tekanan tanah kesamping at rest (Ko) untuk tanah lempung dapat ditentukan secara empiris dengan formula yang diperkenalkan oleh Brooker, 1965, (yaitu Ko = 0,95 - sin φ') dan oleh Abdelhamid, 1976, (yaitu Ko = 1-1.2 sin φ'); hanya saja formula tersebut tidak dapat diterapkan untuk tanah gambut berserat. Karena alasan tersebut maka harga Ko dari tanah gambut berserat harus ditentukan di laboratorium dengan menggunakan tabung-Ko yang dikembangkan oleh Wismantara (1998).
Harga Ko tanah gambut berserat telah distudi oleh Edil and Dhowian (1981) dan Mochtar, N.E, dkk (1998); hasil studi menunjukkan bahwa harga Ko untuk tanah gambut selalu lebih kecil dari pada tanah anorganik (lempung dan pasir). Tanah gambut tak berserat (amorphous granular peat) mempunyai harga Ko lebih tinggi dari pada gambut berserat. Jadi jelas disini bahwa adanya organik dan serat di dalam tanah akan mempengaruhi harga Ko tanah. Dengan dasar pemikiran tersebut maka dilakukan studi lanjutan untuk mengetahui :
- Pengaruh overconsolidation ratio (OCR) dan kandungan organik terhadap harga σh'.
- Pengaruh overconsolidation ratio (OCR) terhadap harga Ko tanah dengan kandungan organik berbeda.
- Hubungan antara harga Ko dengan kandungan organik (Oc) dan overconsolidation ratio (OCR).
Pengaruh ukuran serat terhadap harga Ko tanah gambut berserat telah di studi oleh Mochtar, N.E dan Rusdiansyah (2002).
2. Metoda Penelitian
2.1 Pembuatan sampel
Sampel yang digunakan dalam studi ini merupakan sampel disturbed yang dibuat di laboratorium dengan cara mencampur tanah gambut berserat (diambil dari Kalimantan Selatan) dengan tanah lempung kondisi slurry (cair). Sampel dibuat dengan kandungan organik bervariasi (55%, 65%, 71%, 85%, dan 99%).
Untuk mendapatkan serat halus dari tanah gambut yang telah disiapkan, tanah gambut yang bersangkutan dikeringkan dengan suhu udara ruangan dan kemudian diayak dengan ayakan #20; serat yang lolos ayakan diklasifikasikan sebagai serat halus. Serat halus tersebut selanjutnya dicampur dengan air gambut dan lempung yang berbentuk slurry; kadar air campuran dibuat 1 sampai dengan 4 kali batas cairnya. Campuran tersebut dimasukkan kedalam tabung cetakan (ukuran : diameter 7,25 cm dan tinggi 45 cm) dan kemudian dibebani dengan beban sebesar tegangan overburden di lapangan. Pembebasan dihentikan bila proses konsolidasinya telah dianggap selesai (bila air pori tidak lagi mengalir keluar sampel yang ditampung oleh burrette). Sampel yang telah disiapkan tersebut selanjutnya dipotong sesuai dengan ukuran yang diperlukan untuk test Ko.
2.2 Pelaksanaan testing
Sampel yang ditest mempunyai ukuran diameter 7,0 cm dan tinggi 15,0 cm; sampel tersebut dimasukkan kedalam tabung – Ko (Gambar 1) untuk kemudian dibebani arah axial yang diberikan oleh bellofrom melalui piston (Gambar 2). Beban aksial diberikan secara bertahap sebesar 50, 100, 200, dan 400 kPa; pembebanan diberikan untuk kondisi loading dan unloading. Untuk setiap tahapan beban, pengetesan dilakukan untuk 2 (dua) kondisi yaitu undrained dan drained. Kondisi undrained dilakukan dengan cara menutup lubang pada cap. Pemampatan (∆H) yang terjadi dan tegangan air pori (u) yang meningkat akibat beban aksial yang diberikan dibagian atas sampel dibiarkan berlangsung sampai kondisi konstan dicapai (keadaan konstan ini dibiarkan berlangsung sekitar 3 jam). Pada kondisi ini harga ∆H dan u dicatat.
Setelah pengetesan kondisi undrained berakhir, proses pengetesan diteruskan untuk kondisi drained. Untuk itu, saluran drainase (lubang pada cap) dibuka selama proses pengetesan dan harus dicatat regangan (ε) yang terjadi pada tabung-Ko, tegangan air pori (u) dan pemampatan (∆H) sampel yang terjadi pada setiap tahapan pembebanan. Pencatatan dilakukan setiap 30 menit untuk 2 jam pertama, setiap 60 menit untuk 3 jam berikutnya, dan setiap 300 menit untuk periode selanjutnya hingga dicapai regangan konstan dan tegangan air pori u = 0. Proses pengetesan untuk setiap tahapan beban membutuhkan waktu sekitar 3.5 sampai dengan 5.5 hari; sedang kondisi konstan pada umumnya dicapai sekitar 1.5 sampai dengan 3.5 hari.
Gambar 1. Sketsa tabung Ko untuk menentukan harga Ko tanah gambut berserat
Gambar 2. Sketsa tabung Ko dengan perlengkapannya
3. Tanah Organik dan Tanah Gambut
Tanah gambut merupakan tanah dengan kandungan organik 50% (Mankinen, dkk, 1982); tapi menurut Landva, dkk (1982), Kearns, dkk, (1982), ASTM (1985), tanah gambut adalah tanah dengan kandungan organik 75%. Tanah gambut dapat ditemukan di pantai dan di pedalaman. Ketebalan tanah gambut juga sangat bervariasi; kurang dari 1 meter (gambut dangkal); 1-3 meter (gambut sedang); lebih dari 3 meter (gambut dalam). Tingkat dekomposisi bahan organik yang dikandung oleh tanah gambut juga bervariasi (kasar sampai dengan halus) sehingga gambut dengan kandungan serat-serat tersebut (menurut ASTM, 1992) dikenal sebagai gambut berserat kasar (Fibric), gambut berserat sedang (Hemic), dan gambut berserat halus (Sapric).
MacFarlane dan Radforth (1965) membagi tanah gambut menjadi 2 (dua) kelompok besar yaitu : tanah gambut berserat (fibrous peat) dan tanah gambut tak berserat (amorphous granular peat). Pengelompokan ini didasarkan pada kandungan seratnya yang terdapat pada tanah gambut tersebut. Tanah gambut dengan kandungan serat mencapai 20% atau lebih dimasukkan ke dalam kelompok gambut berserat (fibrous peat), sedang tanah gambut dengan kandungan serat kurang dari 20% dan mempunyai butiran tanah berukuran colloid (<2µm) dikelompokkan ke dalam tanah gambut tak berserat (amorphous granular peat). Pada jenis tanah gambut tak berserat, sebagian besar air porinya terserap di sekeliling permukaan butiran tanah. Karena kondisi ini maka tanah gambut tak berserat mempunyai perilaku menyerupai tanah lempung. Namun untuk tanah gambut berserat, perilakunya sangat berbeda dengan tanah lempung; hal ini disebabkan adanya kandungan serat-serat dalam tanah yang bersangkutan. Menurut ASTM 1992 (D4427-92), pengelompokan tanah gambut didasarkan pada 5 (lima) dasar klasifikasi yaitu : kandungan serat, kandungan abu, keasaman, kemampuan mengaborbsi air, dan komposisi tanaman pembentuk seratnya.
4. Sifat Phisik Tanah
Parameter phisik sampel tanah organik yang dibuat dengan cara mencampur tanah gambut dan tanah lempung kondisi slurry diberikan dalam Tabel 1. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa semua contoh tanah yang dibuat dapat diklasifikasikan sebagai tanah gambut berserat karena kandungan organiknya Oc > 50% dan kandungan seratnya > 20%.
5. Pengaruh Overconsolidation Ratio (OCR) dan Kandungan Organik terhadap Tegangan Horisontal (σh')
Harga tegangan horisontal (σh') untuk tanah gambut yang overconsolidated (OC) sangat dipengaruhi oleh harga overconsolidation ratio (OCR) dan tegangan vertikal (σv'); OCR adalah perbandingan antara tegangan prakonsolidasi, σc' (tegangan maksimum yang pernah dialami oleh lapisan tanah disaat lampau) dan tegangan vertikal yang diterima saat ini atau tegangan overburden (σo'). Keadaan ini dapat dilihat dari hasil studi yang disajikan dalam Tabel 2 dan Gambar 3 dimana makin besar OCR, makin kecil σh'; pada harga OCR besar (OCR > 2) harga σh' relatif kecil. Hal ini disebabkan tanah dengan OCR yang tinggi memiliki kekuatan yang lebih besar untuk menerima beban karena tanah yang bersangkutan telah pernah mengalami pembebanan yang cukup besar sebelumnya; sebagai akibatnya beban vertikal yang kecil yang diterima tidak dapat menyebabkan terjadinya regangan arah vertikal dan horisontal yang berarti. Sebagai akibatnya tegangan horisontal (σh') yang terbentuk juga kecil.
Pengaruh kandungan organik di dalam tanah terhadap harga σh' tidak begitu dominan; tetapi terlihat bahwa tanah dengan kandungan organik lebih tinggi mempunyai harga σh' sedikit lebih besar. Penyebabnya adalah tanah dengan kandungan organik lebih tinggi akan lebih kompressible; keadaan ini berpengaruh terhadap regangan arah horisontal dan σh' (tegangan horisontal).
6. Pengaruh Overconsolidation Ratio (OCR) terhadap Harga Ko Tanah dengan Kandungan Organik Berbeda
Harga Ko untuk tanah gambut dengan kandungan organik berbeda dan harga OCR berbeda dapat dilihat dalam Tabel 3 dan Gambar 4. Tanah gambut dengan kandungan organik lebih besar pada umumnya mempunyai angka pori lebih besar dari pada tanah gambut dengan kandungan organik lebih rendah. Oleh sebab itu tanah gambut dengan kandungan organik lebih tinggi memiliki kompressibilitas yang tinggi pula; hal ini berakibat pada makin besarnya regangan horisontal. Sebagai akibatnya, tanah gambut dengan kandungan organik lebih tinggi akan menghasilkan tegangan horisontal (σh') lebih besar dibandingkan dengan tanah gambut dengan kandungan organik lebih rendah.
Untuk kadar organik yang berbeda, harga Ko dari semua sampel mempunyai perilaku yang serupa yaitu Ko makin membesar dengan makin besarnya harga OCR. Hal ini disebabkan sampel yang telah memampat akibat beban vertikal tidak akan kembali ke keadaan semula walaupun beban vertikal tersebut diambil (unloading). Jadi untuk kondisi unloading. regangan horisontal yang telah terjadi tidak akan kembali ke kondisi semula yang berarti tegangan horisontal yang telah terbentuk juga tidak akan banyak berubah; tegangan horisontal yang telah terbentuk tersebut biasa disebut sebagai tegangan horisontal residual. Apabila sampel tersebut dibebani dengan beban yang lebih kecil dari pada beban maksimum yang pernah diterima oleh sampel tersebut, tegangan horisontal residual akan tetap ada sehingga harga Ko akan makin besar dengan makin mengecilnya beban vertikal
Dengan kata lain, makin besar harga OCR makin besar pula harga K<sub>o</sub>.
Tabel 1. Data phisik sampel tanah gambut yang distudi
| No. Sampel | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Kandungan organik Parameter tanah | 99.06 % | 85.06 % | 71.40 % | 60.01 | 55.17 % |
| Berat volume γ, (kN/m3) | 9.90 | 10.49 | 10.49 | 11.47 | 11.76 |
| Kadar air, wc (%) | 258.20 | 174.20 | 152.88 | 148.97 | 116.92 |
| Spesific gravity, Gs | 1.25 | 1.68 | 1.84 | 1.98 | 2.04 |
| Angka pori, e | 3.40 | 3.36 | 3.34 | 3.21 | 2.70 |
| Kadar abu, Ac (%) | 0.94 | 14.94 | 28.60 | 39.99 | 44.83 |
| Kadar serat (%) | 43.50 | 40.80 | 38.73 | 35.32 | 28.34 |
Tabel 2. Hubungan antara tegangan horisontal (σ h'), overconsolidation ratio (OCR), dan kandungan organik (Oc)
| Kandungan organik (%) | Harga σh' (kPa) untuk | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| OCR=1 | OCR=2 | OCR=4 | OCR=8 | |||
| 99.06 | 120.43 | 67.94 | 36.32 | 20.14 | ||
| 85.06 | 117.50 | 65.60 | 35.58 | 19.36 | ||
| 71.40 | 114.26 | 62.00 | 33.08 | 17.53 | ||
| 60.01 | 104.63 | 59.80 | 32.39 | 17.16 | ||
| 55.17 | 96.27 | 52.86 | 28.06 | 16.23 | ||
Catatan: s<sub>c</sub>'=400kPa. \(OCR = s_c'/s_v'\)
Tabel 3. Harga ko dari masing-masing sampel yang terkonsolidasi lebih dengan harga OCR dan kandungan organik (Oc) bervariasi
| OGD | ko untuk | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| OCR | Oc= 55.170% | Oc= 60.010% | Oc= 71.398% | Oc= 85.064% | Oc= 99.060% | ||
| 1 | 0.241 | 0.262 | 0.286 | 0.294 | 0.301 | ||
| 2 | 0.264 | 0.299 | 0.310 | 0.328 | 0.340 | ||
| 4 | 0.281 | 0.324 | 0.331 | 0.356 | 0.363 | ||
| 8 | 0.325 | 0.343 | 0.351 | 0.387 | 0.403 | ||
Gambar 3. Hubungan antara sh' dan OCR untuk tanah gambut dengan kandungan organik berbeda
Gambar 4. Pengaruh OCR terhadap harga ko tanah gambut dengan kandungan organik bervariasi
Untuk harga OCR yang sama, harga Ko tanah gambut makin mengecil dengan makin berkurangnya kandungan organik. Hal ini bersesuaian dengan penjelasan yang diberikan diatas yaitu makin besar kandungan organik tanah gambut, semakin besar tegangan horisontal yang dihasilkan oleh tegangan vertikal yang sama besarnya. Hal ini berarti harga Ko juga semakin besar mengingat harga Ko adalah ratio antara tegangan horisontal (σh') dan tegangan vertikal (σv').
7. Hubungan antara Ko, OCR, dan Oc untuk Tanah Gambut Berserat Halus
Dengan menggunakan data yang diberikan dalam Tabel 3, dibuat persamaan regresi ganda yang menunjukkan hubungan antara harga Ko, kadar organik (Oc), dan overconsolidated ratio (OCR). Untuk tujuan tersebut, terlebih dahulu dibuat batasan-batasan terhadap kadar organik (Oc) dan overconsolidated ratio (OCR) mengingat kurva yang disajikan dalam Gambar 3 mempunyai kecenderungan bentuk kurva yang hampir sama untuk beberapa sampel dengan kadar organik (Oc) dan overconsolidated ratio (OCR) tertentu. Persamaan korelasi antara Ko dan 3 (tiga) parameter gambut yang dibuat tersebut kemudian di cek kembali; ternyata persamaan tersebut tidak memberikan hasil yang memuaskan untuk tanah dengan kandungan organik (Oc) kurang dari 70%. Dengan demikian persamaan korelasi tersebut hanya akan dibuat untuk tanah gambut berserat halus dengan Oc ≥ 75% saja. Hubungan antara harga Ko, kadar organik (Oc), dan overconsolidated ratio (OCR) untuk tanah gambut (Oc ≥ 75%) adalah sebagai berikut :
• Apabila OCR ≤ 2.
\[K_o = \{-2.10^{-5}(Oc)^2 + 0.004(Oc) - 0.136\} (OCR)\]
+\(\{5.10^{-4}(Oc) + 0.19\}\)
• Apabila OCR > 2.
\[K_o = \{1.10^{-4}(Oc)-0.003\}(OCR)+\] \[\{7.1^{-4}(Oc)+0.27\}\]
Persamaan yang diberikan diatas hanya berlaku untuk tanah gambut yang berserat halus.
8. Kesimpulan
Dari hasil dan analisa yang telah diberikan diatas, dapat disimpulkan sebagai berikut :
- 1. Harga σh' makin membesar dengan mengecilnya harga OCR dan dengan membesarnya kandungan organik tanah gambut; hanya saja pengaruh kandungan organik tersebut tidak begitu dominan.
- 2. Harga Ko makin membesar dengan makin meningkatnya harga OCR tanah; hal ini disebabkan oleh adanya tegangan horisontal residual yang ada pada tanah overconsolidated (OCR > 1).
- 3. Harga Ko juga sedikit makin membesar dengan makin bertambahnya kandungan organik (untuk harga OCR yang sama).
- 4. Harga Ko tanah gambut (Oc ≥ 75%) merupakan fungsi dari OCR dan kadar organik (Oc) yaitu :
- Apabila OCR ≤ 2.
\[\begin{split} K_o &= \{-2.10^{-5}(Oc)^2 + 0.004(Oc) - 0.136\}(OCR) \\ &+ \{5.10^{-4}(Oc) + 0.19\} \end{split}\]
• Apabila OCR > 2.
\[\begin{split} K_o &= \{1.10^{\text{-4}} (\text{Oc}) \text{-0.003} \} (\text{OCR}) \\ &+ \{7.1^{\text{-4}} (\text{Oc}) \text{+0.27} \} \end{split}\]